白春霞  侯偉男

（長安大學建筑學院，陜西 西安710061）

 

    眾所周知，建筑節(jié)能是時代的需求。建筑作為一個龐大的系統(tǒng)，在運作的過程中要不斷的消耗著各種資源來滿足其正常運作。建筑本身就是一個能源消費體，其能耗在人類總能耗中所占比重約為1/4�？梢姡�建筑節(jié)能工作具有重要的意義。一提到建筑節(jié)能，人們往往會想到綠色建筑。綠色建筑設計是實現(xiàn)綠色建筑的重要舉措之一。本文通過對綠色建筑及其節(jié)能設計的介紹，提出了基于中國國情和特色的綠色建筑設計的一些方法。

 

   1.1綠色建筑

    “綠色建筑”的概念雖早已提出，國內外有不同的版本，但一直以來都沒有一個統(tǒng)一的標準。在2006年制定的《綠色建筑評價標準》中，我國基于中國國情和特色，提出了我國綠色建筑的概念：在建筑的全壽命周期內，最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)、保護環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。由此可見，綠色建筑設計是一項復雜的系統(tǒng)的工程，是跨學科的綜合性的設計，是多學科交叉融合的產物。

 

    綠色建筑設計是一種全新的設計理念，同時也是一個完整的系統(tǒng)。它是指在以人為本的前提下，在選址、規(guī)劃、設計、施工、運營及拆除過程等各個階段貫徹節(jié)能理念，充分利用自然資源，在不破壞生態(tài)平衡的基礎上，運用自然通風、自然采光、低能耗圍護結構、綠色建材、中水系統(tǒng)和智能控制等綜合技術建造的一種建筑。其實質為在全壽命周期內最大限度的節(jié)約能源、保護環(huán)境和減少污染。

 

    1.2綠色建筑設計

    綠色建筑設計是指建筑師在建筑設計之初就考慮到節(jié)能減排等因素，在設計的過程中，運用整體的、科學的、優(yōu)化的和節(jié)能的設計方法，貫徹可持續(xù)發(fā)展的理念，做到充分利用自然資源和可再生能源。

 

    綠色建筑設計是建筑節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。在實際中，很多建筑在設計之初往往因為種種原因沒有或忽視了節(jié)能設計，而當其投入使用之后，能耗極大。隨著能源危機的加劇，不得不再次對其進行節(jié)能改造，甚至粗暴的進行拆除，造成資源的極大浪費。綠色建筑設計過程本身就融合了節(jié)能的理念。

 

    在我國，經濟較發(fā)達地區(qū)結合當?shù)貧夂驐l件和自身特點，率先進行綠色建筑節(jié)能技術集成研究，并予以實踐。例如“清華超低能耗示范樓”和“上海生態(tài)建筑示范樓”等綠色節(jié)能建筑示范項目已建成并向國內外開放；青島的辦公建筑“天人大廈”（圖1）亦是比較成功的綠色建筑實例。“天人大廈”運用了光伏發(fā)電、光導管、風力發(fā)電、生物質能回收利用、中水回用、雨水收集、人工濕地、熱壓通風、太陽能集熱、屋頂綠化、垂直綠化、立面遮陽以及外墻保溫等十多項節(jié)能的新技術和新工藝。同時，青島市實施公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)并將節(jié)能與政績掛鉤，通過對建筑能耗數(shù)據(jù)進行分類、分項計量（圖2），將能耗數(shù)據(jù)遠程傳輸至數(shù)據(jù)中心，進行綜合分析，并且對公共建筑的能耗進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題并予以解決。相對而言，經濟欠發(fā)達地區(qū)，大都停留在較單一的節(jié)能技術措施上，主要是針對維護結構的構造處理上。

圖1 天人大廈（自攝）                       圖2 統(tǒng)一能耗模型與規(guī)范化能耗拆分方法（來源網絡）

 

    天人大廈和青島市實施的公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)實質上是綜合技術和高技術的應用。在進行綠色建筑設計時，還應考慮我國不同的氣候區(qū)劃，根據(jù)當?shù)氐牡乩項l件、氣候條件等綜合因素，采用適宜技術，也即中國特色。我國傳統(tǒng)民居建筑，為了適應當?shù)貧夂颍�采用簡單有效的生態(tài)節(jié)能技術（適宜技術），有效的解決了保溫、隔熱、通風、采光等問題，改善了室內熱環(huán)境和微氣候。同時，在我國太陽能資源豐富的西北地區(qū)進行綠色建筑設計時，應充分利用太陽能（太陽能熱水、采暖和光伏建筑集成系統(tǒng)），達到資源最大化利用。

 

    綠色建筑是未來建筑發(fā)展的大趨勢。與國外相比，我國還處在綠色建筑的起步階段，任重而道遠。在建筑節(jié)能方面，與我國氣候相近的國家或地區(qū)相比，我國采暖地區(qū)的建筑能耗約是他們的3倍左右。在綠色建筑設計方面，可再生能源利用、綠色環(huán)保建材、資源回用技術等方面均需加快研究步伐。

 

    綠色建筑設計主要是從建筑的前期策劃、合理的場地規(guī)劃、綜合的建筑節(jié)能設計和相關的建筑節(jié)能軟件輔助設計等方面入手進行設計，并利用相關專業(yè)軟件進行必要的環(huán)境模擬，最大限度的節(jié)約能源、資源，從而達到節(jié)能減排的目標。其中，與設計非常相關的就是場地規(guī)劃和建筑節(jié)能設計。

 

    3.1 合理的場地規(guī)劃

    3.1.1 節(jié)地

    在選址上，建筑的用地不僅應考慮舊建筑的綜合利用，還應合理地選用已廢棄場地進行建設，并且充分利用地形和地下空間，以節(jié)約用地。

 

    以山東“天人大廈”為例，其從場地的生態(tài)化設計（圖4）和綠化生態(tài)補償措施進行整體規(guī)劃，尊重原有地形，充分利用地下空間。對于場地內原有的地形變化在方案設計中予以保留，建筑主要布局在地勢較為平坦的場地東側。把起伏的地形留作室外場地，不僅減少場地整治費用，還減小了對自然環(huán)境的破壞�！疤烊舜髲B”采用垂直綠化和屋頂綠化設計，對原有綠化進行補償�！疤烊舜髲B”還建有一套完備的中水系統(tǒng)（圖5），雨水收集，經過管道收集、循環(huán)處理后，用于灌溉沖洗，大大減少清水消耗。

    3.1.2 合理的朝向、間距及建筑單體的組合方式

    利用建筑布局和建筑單體的圍合，形成氣候防護單元，優(yōu)化微氣候。朝向的選擇需考慮多方面的因素：冬季考慮適量的陽光射入室內，同時還得考慮夏季盡量減少陽光直射室內和外墻面；夏季考慮具有良好的通風，但還需考慮冬季避免冷風吹襲等多方面因素。對于空調建筑，確定良好的建筑朝向，其對建筑的空調冷負荷有很大的影響，是一項重要的節(jié)能措施。在實際應用中，針對不同地區(qū)的日照和風向進行實測和分析，給出當?shù)亟ㄖ�的最佳朝向和適宜朝向的范圍。例如，西安地區(qū)最佳朝向為南偏東10°，適宜朝向為南和南偏西建筑宜選擇最佳的朝向和合理的間距，以獲得適宜的太陽輻射，并且有利于獲得良好的自然通風。

 

    3.2綜合的建筑節(jié)能設計

    在建筑節(jié)能設計時應充分利用場地自然條件，設計合理的建筑體形和窗墻比，選擇可活動式外遮陽，使建筑能得到良好的日照、通風和采光。

 

    3.2.1 具有合理的體型系數(shù)

    研究表明，體型系數(shù)（S= F₀ / V₀）每增大0.01，耗熱量指標約增加2.5%。因此，在綠色節(jié)能建筑設計時，應采用最少的建筑表面積圍合成滿足其功能要求的室內空間。建筑外表面積越小，越有利于建筑節(jié)能，熱損失越小，節(jié)能效果越顯著。

 

    3.2.2 建筑平面設計

    在進行建筑設計時，首先應盡量保證平面形狀規(guī)整，以減少建筑表面積；其次，考慮室內熱環(huán)境的合理分區(qū)，相對次要的房間、熱環(huán)境要求較低的房間（例如衛(wèi)生間、走道等），布置在北向或者其它朝向。再次，為保證主要使用房間的室內熱環(huán)境的舒適性，可結合實際情況，設置各式各樣的溫度阻尼區(qū)。其類似于一道“熱閘”，不僅可以減少外墻的傳熱量，而且還可減少房間的冷風滲透。

 

    3.2.3圍護結構的節(jié)能措施

    我國地域遼闊，各地氣候差異較大。不同地區(qū)要求不一，有的以冬季防寒為主，有的則要求夏季防熱，還有的兩者兼之。其主要目的是改善建筑熱環(huán)境，減弱室外熱作用對圍護結構的影響，夏季應使室外的熱量盡量少傳入室內，而冬季又要求圍護結構具有良好的保溫效果。

 

    維護結構傳熱的熱損失占整個建筑物的熱損失約50%-60%，門窗縫隙空氣滲透的熱損失約占20%-30%。因此，建筑節(jié)能設計的重點是加強維護結構的保溫隔熱和提高窗的氣密性。

    （1）外墻、屋頂節(jié)能設計

    在北方地區(qū)，一些常用的做法是合理利用材料，以因地制宜和保護環(huán)境為基本原則，盡可能利用當?shù)丨h(huán)境材料，對外墻、屋面通過熱工計算采取合理的節(jié)能保溫構造措施。

 

    針對某些地區(qū)夏季頂層過熱和冬季屋頂保溫性能差的問題，在設計時可以考慮設隔熱層和保溫層。綜合考慮采用側面可開啟通風式屋面，夏季開啟，冬季關閉，從而解決夏季頂層過熱和冬季保溫性能差的問題。另外，也可在屋面種植植物，利用植物蒸騰作用發(fā)散熱量，從而降低屋頂室外溫度。

 

    （2）門窗節(jié)能設計

    窗戶熱損失較大的主要因素是窗戶傳熱和空氣滲透耗熱兩個方面。因此，窗節(jié)能設計的重點便是控制窗的傳熱系數(shù)，提高窗的氣密性。

 

    北方地區(qū)，冬季采暖期室內外溫差傳熱的熱量損失是造成能耗大的主要原因。因此應降低窗的傳熱系數(shù)，從而減少由溫差傳熱帶來的熱損失。設計時考慮窗采用新型節(jié)能門窗或用氣密條對其密封處理。門窗與墻的交接處亦采用膠泥嵌縫處理，以提高門窗的氣密性。此外，在主入口處應加設門斗。

 

    3.3相關建筑節(jié)能軟件

    建筑節(jié)能軟件，主要是在設計階段通過計算機的模擬，以獲得優(yōu)化的設計方案。目前，建筑節(jié)能軟件比較多。有對建筑模擬、節(jié)能分析、節(jié)能改造優(yōu)化、投資分析的美國紐約能源供應協(xié)會開發(fā)的EA-QUIP軟件；有對建筑模擬、室內氣候、能耗、天然采光和熱工分析的丹麥建筑研究所開發(fā)的BSim2000軟件等。

 

    清華大學建筑技術科學系開發(fā)了一套設計模擬工具DeST(Desinger’s Simulation Toolkit),為設計人員提供了新的技術平臺。DeST由全年逐時氣象數(shù)據(jù)處理模塊、建筑分析模擬模塊、空調系統(tǒng)方案模擬模塊等眾多模塊組成。

 

    Ecotect（生態(tài)建筑大師）是在建筑概念設計階段對建筑性能進行分析，其中包括熱環(huán)境分析、光環(huán)境分析、聲環(huán)境分析、日照分析、可視度分析以及經濟和環(huán)境影響分析等六個方面的內容。例如，在設計初期階段運用Ecotect軟件分析側窗和天窗對室內采光情況的影響；對同一建筑的不同體形系數(shù)、不同窗墻比和不同結構材料進行模擬計算，根據(jù)造價和性能的綜合考慮得出合理的設計方案。

 

    綠色建筑是未來建筑發(fā)展的趨勢，其關鍵就在于通過合理的規(guī)劃與設計和有效的實踐，實現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)�！薄Ｅc國外相比，我國還處在起步階段，任重而道遠。在可再生能源利用、綠色環(huán)保建材、技術創(chuàng)新和推廣等方面均需加快研究步伐，為我國綠色建筑事業(yè)的發(fā)展做出積極的貢獻。

 

參考文獻：

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(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)